CN102267938B

CN102267938B - 萘联苯衍生物金属离子荧光探针及其应用

Info

Publication number: CN102267938B
Application number: CN 201110169892
Authority: CN
Inventors: 李占先; 于明明; 魏柳荷; 张利锋; 赵万莹; 王丽娜
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: CN102267938A

Abstract

本发明公开了一类可以用于金属离子荧光识别的新型化合物，涉及一类萘联苯衍生物金属离子荧光探针及其应用，属生物化学领域。其结构通式如下：通式中R₁、R₂、R₃代表芳香基团，是指苯基、吡啶基、喹啉基、萘啶基、吡咯基、苯胺基等基团，但R₁、R₂、R₃不同时均为苯基。此类荧光探针对于多种金属如铜离子、铁离子等金属离子可以灵敏识别。其中一些探针分子对两种金属均具有识别作用。选择性好、灵敏度高，将此类探针应用于生物样品或者环境中金属离子的识别和检测具有较好的应用前景。

Description

萘联苯衍生物金属离子荧光探针及其应用

技术领域

本发明涉及一类可以用于金属离子荧光识别的新型化合物，尤其涉及一类萘联苯衍生物金属离子荧光探针及其应用，属生物化学领域。

背景技术

金属离子与医学、生命科学及环境科学有紧密的联系，对其进行识别、检测、定性分析有重要意义，尤其是个别过渡金属及重金属离子用常规的分析手段得不到满意的效果，而荧光分子探针检测金属离子具有实时检测、低检测阈值、高灵敏度和易于操作等特点，是非常行之有效的方法。过渡金属及重金属广泛存在各种生命体中，在生命活动中发挥着重要的作用，某些过渡金属在生命体内含量过低会引起各种疾病，而有时浓度很低的重金属就有很强的毒性，危及生物体的存在。例如：对于人体，铁是不可缺少的微量元素。在十多种人体必需的微量元素中铁无论在重要性还是在数量上都属于首位。一个正常的成年人全身含有3g多铁，相当于一颗小铁钉的质量。人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，它具有固定氧和输送氧的功能。当人体缺铁时会影响血红蛋白和肌红蛋白的形成，从而使血液中的红细胞数量或血红蛋白含量降低，影响载氧量，引起整个机体的生理紊乱。然而，尽管铁离子在细胞水平上的生物化学进程中必不可少，但是关于铁离子的选择性的荧光分子探针却非常少。因此对于金属离子检测的研究具有重要的意义，尤其是对水溶液及生物体内金属离子的识别具有潜在的实用价值。采用荧光分子探针检测锌、铜、铁、汞等金属离子已有相关文献报道，荧光分子探针种类较多，但许多有机荧光分子探针化合物常常受质子的影响而导致响应的光谱性能发生改变，难以确保检测结果的准确性。通过分子设计合成较为简单的高选择性、高灵敏性金属离子荧光探针非常有意义。

发明内容

本发明目的在于提供一类选择性好、高灵敏度的萘联苯衍生物金属离子荧光探针，并且提供上述金属离子荧光探针在溶液中对过渡金属离子和重金属离子进行检测方面的应用。

为实现本发明目的，技术方案如下：通过研究探索合成出一类对金属离子具有特殊识别作用的化合物，将其作为检测金属离子荧光探针。该荧光分子探针结构通式如下：

通式中R₁、R₂、R₃代表芳香基团，是指苯基、吡啶基、喹啉基、萘啶基、吡咯基或苯胺基等基团，但R₁、R₂、R₃不同时均为苯基，

苯基吡啶基吡咯基喹啉基萘啶基苯胺基

其制备路线如下：

在上述通式所代表的荧光离子探针中，芳香基团部分是结合金属的有效部位，与金属离子可以形成比较稳定的配合物，中心苯环联接的单键旋转在配位后受到抑制，从而使分子共平面性加强，共轭性提高，最终实现对金属离子的识别。

本发明设计、合成的荧光离子探针分别对于多种金属如铜离子、铁离子等金属离子可以灵敏识别。其中一些探针分子对两种金属均具有识别作用。选择性好、灵敏度高，将此类探针应用于生物样品或者环境中金属离子的识别和检测，具有较好的应用前景。

附图说明

图1：乙醇溶液中荧光探针A（20 μM）的荧光光谱随Fe³⁺的浓度的变化图（λ_ex = 371 nm）；插图为荧光强度与Fe³⁺浓度关系图（λ_em = 450 nm）；

图2：乙醇溶液中荧光探针A（20 μM）对21倍于荧光探针A摩尔量的金属离子的响应（灰色）及84倍于荧光探针A摩尔量的其它金属离子存在情况下荧光探针A对Fe³⁺的响应（黑色）（λ_ex = 371 nm, λ_em = 450 nm），其中：1为荧光探针A; 2为 Na⁺; 3为, Mg²⁺; 4为 K⁺; 5为Ca²⁺; 6为Cr³⁺; 7为, Mn²⁺; 8为 Fe³⁺; 9为Co²⁺; 10为,Ni²⁺; 11为 Cu²⁺; 12为,Zn²⁺; 13为Cd²⁺; 14为,Hg²⁺；

图3：乙醇溶液中配阴离子对荧光探针A识别Fe³⁺荧光光谱的影响；

图4：乙醇溶液中64倍及72倍于荧光探针A摩尔量的金属离子存在情况下荧光探针A（20 μM）对Fe³⁺的响应（图A）、Cu²⁺的响应（图B）（λ_ex = 371 nm, λ_em = 450 nm），其中：1为Na⁺; 2为, Mg²⁺; 3为 K⁺; 4,为Ca²⁺; 5为Cr³⁺; 6为, Mn²⁺; 7为Fe³⁺; 8为Co²⁺; 9为Ni²⁺; 10为Cu²⁺; 11为Zn²⁺; 12为, Cd²⁺; 13为Hg²⁺；

图5：乙醇溶液中荧光探针B（20 μM）的荧光光谱随Fe³⁺浓度的变化图（λ_ex = 375 nm）；

图6：乙醇溶液中荧光探针B（20 μM）对1.5倍于荧光探针B摩尔量的金属离子的荧光强度变化(灰色)及6倍量于荧光探针B摩尔量的其它金属离子共存时荧光探针B对Fe³⁺的荧光强度变化（黑色）（λ_ex = 375 nm, λ_em = 450 nm），其中：1为荧光探针B; 2为 Na⁺; 3,为 Mg²⁺; 4为 K⁺; 5为 Ca²⁺; 6为 Cr³⁺; 7为 Mn²⁺; 8为 Fe³⁺; 9为, Co²⁺; 10为,Ni²⁺; 11为 Cu²⁺; 12为 Zn²⁺; 13为Cd²⁺; 14为Hg²⁺；

图7：溶液中配阴离子对荧光探针B识别Fe³⁺荧光光谱的影响。

具体实施方式

为对本发明进行更好的说明，举实施例如下：

实施例1

通式中R₂为吡啶基，R₁、R₃为苯基时的荧光探针A。

合成步骤：将630.8 mg的1,3-二苯基丙酮溶于6 mL乙醇，然后加入636.6 mg的萘并乙二酮。全部溶解后，加入KOH固体187.7 mg，回流5 min，冷却后放入冰箱5 h，抽滤，用乙醇洗涤得黑紫色固体855.3 mg，产率73.9%。

中间产物表征如下：

¹H-NMR: δ_H (400 MHz; CDCl₃; ppm) 8.08 (m, 2H), 7.87 (m, 6H), 7.61(m, 2H), 7.55(m, 4H), 7.43 (m, 2H). ¹³C-NMR: δ_C (100 MHz, CDCl₃): 154.21, 132.14, 131.54, 131.44, 129.07, 128.58, 128.42, 128.29, 127.75, 121.66, 120.93.

氩气保护下将上述产物630.6 mg溶于6 mL的邻二甲苯，充抽气三次，加入0.20 mL的2-炔基吡啶，升温至150 ℃，回流15 h。自然冷却，旋蒸除去溶剂，柱层析法(展开剂为二氯甲烷:乙酸乙酯=20:1)分离，旋蒸得黄色固体化合物A，684.3 mg，产率93.6%，为最终产物荧光探针A：

荧光探针A ¹H NMR (400MHz, CDCl₃, ppm): 6.75(d,1H), 7.00-7.01(q,2H), 7.30-7.60(m,16H), 7.64 (s,1H), 8.60(d,2H). ¹³C NMR (400MHz, CDCl₃, ppm): 121.26, 123.27, 123.39, 125.29, 126.72, 126.85, 127.53, 127.60, 127.64, 127.70, 127.80, 128.58(2C), 128.62(2C), 129.19(2C), 129.70, 130.28(2C), 131.20, 133.17, 135.12, 135.84, 135.97, 136.49, 136.80, 138.15, 138.19, 139.17, 140.67, 149.06, 158.59. ESI-MS: m/z = 432.1674. [M + 1]⁺.

实施例2

通式中R₂为苯胺基，R₁、R₃为苯基时的荧光探针B

以2-炔基苯胺替代2-炔基吡啶，其合成步骤同时实施例1。

荧光探针B产率70.2%。¹H NMR(400 MHz, CDCl₃, ppm): 3.60(s,2H), 6.50(d,2H), 6.70(s,1H), 7.00(d,2H), 7.27-7.75(m,17H).¹³C NMR (400 MHz, CDCl₃, ppm): 114.50(2C), 122.70, 123.26, 126.44, 126.52, 127.15, 127.51, 127.59, 127.73, 128.51(2C), 128.60(2C), 129.14(2C), 129.68, 130.36(2C), 130.90(2C), 131.09, 131.42, 133.11, 135.11, 136.04, 136.13, 136.76, 137.89, 138.23, 139.70, 140.69, 140.93, 144.53. ESI-MS: m/z = 445.1824 [M + H]⁺.

实施例3本发明衍生物荧光探针的应用

荧光探针A、 B对铁离子和铜离子表现出高灵敏度识别，如图1、5所示；不同的是荧光探针A对铁离子使荧光猝灭，而荧光探针B对铁离子荧光显著增强。以上的实验都考察了配阴离子、干扰离子等因素的影响。由图3、7可知，阴离子、干扰离子对本发明荧光探针A、B对铁离子和铜离子的识别无影响，具有较好的选择性和灵敏度。将应用于生物组织和环境污水中金属离子的识别与检测，具有良好的应用前景。

Claims

1.萘联苯衍生物金属离子荧光探针，其特征在于，该荧光分子探针结构通式如下：

通式中R₂为苯胺基，R₁、R₃为苯基。

2.如权利要求1所述的萘联苯衍生物金属离子荧光探针的应用，其特征在于，将此类探针应用于生物样品或者环境中金属离子Fe³⁺的识别或检测。